Trong ngành điện việc hiểu biết về cách điện không chỉ là một phần của kiến thức cơ bản mà còn là một yếu tố quyết định đến sự an toàn và hiệu quả của các thiết bị và hệ thống điện. Cách điện, vật liệu không dẫn điện, đóng vai trò là hàng rào bảo vệ, ngăn cản dòng điện thoát ra ngoài môi trường và đảm bảo sự ổn định cho các hệ thống. Tuy nhiên, không phải tất cả cách điện đều được tạo ra như nhau; chúng phải chịu đựng và hoạt động hiệu quả dưới nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ nhiệt độ cao đến sự xâm nhập của hóa chất và độ ẩm.
Để đánh giá và đảm bảo chất lượng của vật liệu cách điện, các kỹ sư thực hiện một loạt các thí nghiệm cách điện quan trọng, từ kiểm tra độ bền nhiệt đến đánh giá khả năng chống chịu hóa chất. Bài viết này sẽ giới thiệu “6 thí nghiệm quan trọng cho cách điện mà mọi kỹ sư cần biết”, cung cấp cái nhìn cơ bản về cách thức và lý do tại sao những thí nghiệm này không thể thiếu trong quá trình vận hành điện.
Tổn thất AC
Tất cả các loại cách điện rắn và lỏng đều có một số tổn thất đo lường được, vì không có chất cách điện nào hoàn hảo. Những tổn thất này thường rất nhỏ trong các loại cách điện được sử dụng phổ biến trong thiết bị điện và dụng cụ, và các tổn thất này thay đổi theo bình phương của điện áp. Cách điện khí, chẳng hạn như không khí, không có tổn thất đo lường được cho đến khi chúng bị quá tải hoặc bị ion hóa.
Tổn thất điện môi được đo bằng watt (thành phần điện trở) và là thước đo sự tiêu hao năng lượng qua và trên bề mặt của cách điện. Tổn thất điện môi của hầu hết các loại cách điện tăng lên khi nhiệt độ, độ ẩm và hiện tượng corona tăng. Cách điện có thể bị hỏng do tác động tích lũy của nhiệt độ, tức là, tăng nhiệt độ gây ra tăng tổn thất điện môi, điều này lại dẫn đến tăng nhiệt độ hơn nữa. Hiện tượng này tự duy trì và tiếp tục cho đến khi cách điện bị hỏng.
PF VÀ DF
PF (Power Factor) và DF (tan δ) được sử dụng để đánh giá chất lượng của cách điện trong các thiết bị điện. Giá trị PF và DF thấp chỉ ra cách điện tốt, ít tổn hao năng lượng, cho thấy hệ thống cách điện đang hoạt động hiệu quả và không bị suy giảm. Ngược lại, giá trị PF và DF cao chỉ ra tổn hao năng lượng lớn, điều này có thể do cách điện bị ẩm, bẩn, hoặc gặp các vấn đề khác như lão hóa vật liệu hay hư hỏng vật lý. Việc xác định chính xác các giá trị này giúp phát hiện sớm các vấn đề về cách điện và thực hiện các biện pháp bảo trì kịp thời để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của thiết bị.
Bằng cách kiểm tra định kỳ các giá trị PF và DF, chúng ta có thể theo dõi sự thay đổi trạng thái cách điện theo thời gian. Sự tăng dần của các giá trị này chỉ ra sự suy giảm của cách điện, giúp phát hiện sớm các vấn đề như lão hóa vật liệu. Việc này cho phép thực hiện các biện pháp bảo trì dự phòng, tránh ngừng hoạt động bất ngờ và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Đồng thời, so sánh giá trị PF và DF giữa các thiết bị khác nhau giúp đánh giá tình trạng cách điện của từng thiết bị, phát hiện những thiết bị có vấn đề và ưu tiên bảo trì chúng.
Các thử nghiệm này được coi là các thử nghiệm không phá hủy, vì chúng không gây hư hỏng cho cách điện của thiết bị điện. Điều này có nghĩa là trong quá trình kiểm tra, cách điện không bị tổn hại hay thay đổi cấu trúc, giúp duy trì nguyên vẹn tính chất vật lý và hóa học của nó.
Điện dung
Trong thực tế, phần lớn hình học (cấu trúc vật lý và cách bố trí của các vật liệu) của cách điện phức tạp và không đủ rõ ràng để tính toán điện dung một cách đáng tin cậy thông qua các phương pháp toán học. Do đó, việc đo điện dung thường được thực hiện trực tiếp trên thiết bị.
Đánh giá chất lượng cách điện: Điện dung là một trong những thông số quan trọng để đánh giá chất lượng cách điện trong các thiết bị điện. Thử nghiệm điện dung giúp xác định khả năng lưu trữ và tổn hao năng lượng của cách điện.
Phát hiện sự cố và suy giảm cách điện: Giá trị điện dung thay đổi có thể chỉ ra sự suy giảm hoặc hỏng hóc của cách điện. Điều này giúp phát hiện sớm các vấn đề về cách điện và tiến hành các biện pháp bảo trì kịp thời.
Đảm bảo hiệu suất và an toàn: Bằng cách đo và so sánh điện dung theo thời gian, các kỹ sư có thể đảm bảo rằng các thiết bị điện hoạt động hiệu quả và an toàn, giảm thiểu nguy cơ sự cố và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Điện trở AC
Bảo trì và kiểm tra điện trở xoay chiều (AC resistance) là một phần quan trọng để đảm bảo thiết bị điện hoạt động hiệu quả và an toàn. Quá trình này bao gồm kiểm tra Hi-pot AC để đánh giá độ bền điện của cách điện dưới điều kiện điện áp cao, kiểm tra điện trở tiếp xúc của thiết bị đóng cắt để đánh giá tình trạng của các tiếp điểm chính và các kết nối, và kiểm tra điện trở cách điện để phát hiện sự suy giảm như hấp thụ độ ẩm, nhiễm bẩn hoặc lão hóa nhiệt của cách điện.
Thử nghiệm Hi-pot AC đảm bảo cách điện chịu được điện áp cao, trong khi kiểm tra điện trở tiếp xúc giúp xác định sự suy giảm qua các năm bằng cách so sánh giá trị điện trở đo được. Việc kiểm tra điện trở cách điện định kỳ giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn, từ đó tiến hành bảo trì kịp thời, đảm bảo hiệu suất và an toàn cho thiết bị điện trong quá trình vận hành.
Điện trở DC
Kiểm tra điện trở cách điện DC là một phương pháp quan trọng để đánh giá chất lượng cách điện của các thiết bị điện. Quá trình này sử dụng máy đo điện trở cách điện (megohmmeter) để áp dụng điện áp DC vào cách điện và đo lường giá trị điện trở. Kiểm tra này giúp phát hiện sớm các vấn đề như nhiễm bẩn, ẩm ướt hoặc hư hỏng nhiệt của cách điện.
Việc kiểm tra định kỳ và so sánh giá trị đo với các tiêu chuẩn giúp đảm bảo các thiết bị điện hoạt động an toàn và hiệu quả. Các phương pháp đo phổ biến bao gồm đo giá trị trong thời gian ngắn, đo tỷ lệ DAR, đo tỷ lệ PI và đo điện áp từng bước, mỗi phương pháp đều có mục đích cụ thể để phát hiện và xử lý các vấn đề tiềm ẩn trong cách điện. Thực hiện đúng quy trình kiểm tra điện trở cách điện DC giúp kéo dài tuổi thọ và tăng độ tin cậy của thiết bị điện.
Điện áp nhiễu sóng radio (RIV)
Radio Interference Voltage (RIV) là một khía cạnh quan trọng trong bảo trì và kiểm tra thiết bị điện. RIV liên quan đến mức độ nhiễu sóng radio mà thiết bị điện có thể phát ra, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của các thiết bị xung quanh.
RIV là mức điện áp nhiễu sóng radio do các thiết bị điện tạo ra khi hoạt động. Nhiễu sóng này có thể gây ra can nhiễu cho các thiết bị điện tử khác, đặc biệt là các thiết bị liên lạc và điều khiển. Do đó, kiểm tra và duy trì RIV ở mức thấp là cần thiết để đảm bảo các thiết bị hoạt động ổn định và không gây ra nhiễu sóng không mong muốn.
Kiểm tra RIV là một phần quan trọng của chương trình bảo trì phòng ngừa, giúp phát hiện sớm các vấn đề liên quan đến nhiễu sóng radio và thực hiện các biện pháp khắc phục kịp thời. Thiết bị đo nhiễu sóng radio, thường là các bộ đo nhiễu radio tần số, được sử dụng để đo RIV trong khoảng tần số từ 0.15 MHz đến 30 MHz.